Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 12
1.1 Анализ условий функционирования машинно-тракторного агрегата (МТА) 12
1.2 Влияние колебаний тяговой нагрузки на работу и функционирование агрегата 18
1.3 Пути улучшения условий функционирования МТА 22
1.4 Цели и задачи исследований 32
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 34
2.1 Программа теоретических исследований 34
2.2. Динамическая модель серийного машинно-тракторного
агрегата 35
2.3. Описание схемы и работы упругодемпфирующего механизма 37
2.4. Динамическая модель культиваторного машинно-тракторного агрегата с УДМ в трансмиссии трактора 46
2.5. Описание динамических моделей серийного культиваторного МТА и культиваторного МТА с УДМ в трансмиссии трактора 48
2.6. Уравнения движения звеньев динамической модели МТА 50
2.6.1 Двигатель 50
2.6.2 Муфта сцепления 52
2.6.3. Силовая передача 52
2.6.4 Планетарный механизм 53
2.6.5 Пневмогидроаккумулятор и дроссель 55
2.6.6. Ведущее колесо 57
2.6.7 Внешняя нагрузка 59
2.6.8 Система дифференциальных уравнений движения культиваторного МТА с серийной трансмиссией трактора 65
2.6.9 Система дифференциальных уравнений движения культиваторного МТА с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора 66
2.7 Методика решения уравнений движения МТА 69
3.МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 70
3.1 Постановка задачи исследований 70
3.2 Методика лабораторных экспериментальных исследований 71
3.2.1 Объект исследований 71
3.2.2 Измерительная аппаратура 15
3.23 Лабораторные испытания 80
3.2.4 Методика исследования влияния конструктивных факторов на показатели работы агрегата на бетонном основании 81
3.2.5 Методика исследования влияния конструктивных факторов на показатели работы культиваторного агрегата на паровом поле при имитационном эксперименте 84
3.3 Методика полевых экспериментальных исследований культиваторного машинно-тракторного агрегата с УДМ в трансмиссии трактора 87
3.3.1 Объект исследований 87
3.3.2 Измерительный комплекс 89
3.3.3 Полевые испытания 89
3.3.4 Эксплуатационные испытания культиваторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора 90
3.3.5 Определение агротехнических показателей 91
3 .3.6 Точность измерений 92
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 94
4.1 Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований 94
4.2 Результаты исследования влияния конструктивных факторов на показатели работы агрегата на бетонном основании. Регрессионный анализ 99
43 Результаты исследования влияния конструктивных факторов на показатели работы культиваторного машинно-тракторного агрегата на паровом основании при имитационном эксперименте. Регрессионный анализ 106
4.4 Показатели качества работы культиваторного агрегата
4.5 Результаты энергооценки культиваторного машинно-тракторного агрегата 111
4.6 Итоги экспериментальных исследований 118
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ 120
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 126
ЛИТЕРАТУРА 128
ПРИЛОЖЕНИЯ 142
- Анализ условий функционирования машинно-тракторного агрегата (МТА)
- Программа теоретических исследований
- Методика лабораторных экспериментальных исследований
- Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований
Введение к работе
/ Y Ъ ^
Актуальность работы. Совершенствование функционирования машинно-тракторного агрегата (МТА) при обработке почвы было и остается наиважнейшей проблемой сельскохозяйственного производства.
Основными направлениями при создании новых и совершенствовании существующих тракторов являются: повышение энергонасыщенности тракторов, снижение расхода топлива, уменьшение эксплуатационной массы трактора и др. Успешное решение этих задач во многом зависит от того, насколько конструкции тракторов и вопросы эксплуатации будут увязаны с особенностями работы тракторов в производственных условиях.
В реальных условиях эксплуатации МТА подвергается непрерывно изменяющимся внешним воздействиям, которые оказывают отрицательное влияние на показатели его функционирования: колебания скорости движения, буксования ведущих колес трактора, ускорения в зоне рабочего места водителя, нагруженность трансмиссии, расход топлива.
Таким образом, проблема создания отечественных тракторов (находящихся в составе машинно-тракторных агрегатов) с более совершенными трансмиссиями приобретает высокую научно-практическую значимость.
Целью работы является повышение эффективности функционирования культиваторного машинно-тракторного агрегата на базе трактора класса ] ,4 с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии.
Объект исследований - процесс функционирования культиваторного машинно-тракторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора.
Предмет исследований - закономерности функционирования культиваторного машинно-тракторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора, динамические свойства упругодемпфирующего механизма.
Методика исследований. Общая методика исследований предусматривала проведение поисковых экспериментов, нахождение коэффициентов математической модели для проведения имитационно! о эксперимента на ЭВМ, проверку в полевых условиях результатов имитационного эксперимента и экономическую оценку результатов работы.
При составлении теоретической модели для проведения имитационного эксперимента были использованы положения теоретической механики, теории планирования эксперимента, основы теории тракторов, методы мате матической статистики.
Экспериментальные исследования проводились на бетонном основании и на пару в полевых условиях по общепринятым методикам.
Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялась с использованием пакета программ для ЭВМ (MAPLE, MathCAD, пакета программ Microsoft Office).
Научная новизна исследований определяется технической новизной объекта подтвержденой патентами РФ /7, 8/, и состоит в том, что была установлена зависимость момента инерции привода упругодемпфирующего ме-
t ханизма в трансмиссии культиваторного машинно-тракторного афегата класса 1,4 от частоты колебаний тяговой нафузки. Определены коэффициенты математической модели. Определены оптимальные параметры упруго-демпфирующего механизма в трансмиссии культиваторного машинно-факторного афегата класса 1,4. Посфоены корреляционные функции и спектральные плотности при работе культиваторного МТА с упругодемпфи-рующим механизмом в фансмиссии.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований фактора МТЗ-80 с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии приняты и реализуются в ЗАО ПЗ "КОЛОС" Каневского района Краснодарского края, а так же в учебном процессе кафедры «Тракторы и автомобили» Азово-Черноморской Государственной Афоинженерной Академии. Полученные результаты могут быть использованы консфукторскими бюро заводов изготовителей.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях Азово-Черноморской Государственной Агроинженерной Академии и на межвузовских научно-практических конференциях студентов и молодых ученных (2002-2005 гг).
Публикации. По маїериалам диссертации опубликовано 10 научных работ из них 2 патента РФ.
Практическая значимость заключается в том, что разработанная модель позволяет рассчитать режимы движения культиваторного афегата по афофону, обеспечивающие наилучшие условия функционирования рабочих органов в условиях реальной эксплуатации. Полученное уравнение рефессии позволяет проводить регулировку параметров упругодемпфирующего механизма установленного в трансмиссии фактора класса 1,4, находящегося в составе машинно-факторного афегата.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка литературы, включающего 131 наименование, в том числе 9 на иносфанном языке. Она изложена на 142 страницах основного текста, содержит 13 таблиц и 57 иллюсфаций.
Анализ условий функционирования машинно-тракторного агрегата (МТА)
Работа машинно-тракторного агрегата (МТА), сопровождающаяся колебаниями момента сопротивления движению, имеет свои особенности, которые отличают ее от работы со стабильной нагрузкой. Изменение сопротивления сельскохозяйственных машин, соединенные с непрерывными изменениями сопротивления передвижению трактора, приводит к ухудшению условий работы агрегата, снижению коэффициента использования мощности двигателя и тяги трактора.
Академик В.П. Горячкин во многих своих работах отмечал, что так называемая земледельческая механика представляет собой благодатную почву для всякого рода колебаний. Он указывал на переменный характер тягового сопротивления машин и орудий, используемых в сельскохозяйственном производстве. Последующие исследования подтвердили справедливость этих положений.
Это явление впервые основательно было рассмотрено в работах советских ученых.
Исследованиями В.Н. Болтинского, Ю.К. Киртбая, И.Б. Барского, Ю.Н. Ломоносова /9, 10, 11, 16, 17, 18, 51, 52, 53, 72/ и других установлено, что в большинстве случаев внешние нагрузки и сопротивления, преодолеваемые трактором, имеют резко переменный колебательный характер.
Факторы, вызывающие колебания сил сопротивления движению можно разделить на три основные группы /48/:
- природно-климатические;
- конструктивные;
- эксплуатационные.
К природно-климатическим факторам относятся тип и сост,одци 13 почвы, наличие в них хрящеватых и каменистых включений, метеорологические условия и свойства обрабатываемых материалов.
Так как физико-механические свойства почвы значительно меняются в зависимости от влажности, тяговое сопротивление почвообрабатывающих и посевных машин также изменяется в значительных пределах в функции от влажности почвы /52/ (рисунок 1.1).
К конструктивным факторам, влияющим на удельное сопротивление машин, относятся тип, форма и число рабочих органов, вес машины, наличие вспомогательных устройств, тип и устройство ходового аппарата.
Программа теоретических исследований
В соответствии с поставленными задачами, программой теоретических исследований влияния момента инерции привода упругодемпфирующего механизма на прозрачность трансмиссии /58/ при различных тяговых нагрузках предусматривается решение следующих вопросов:
1 .Разработка динамической модели машинно-тракторного агрегата функционирующего в реальных условиях эксплуатации.
2. Составление дифференциальных уравнений движения звеньев динамической модели машинно-тракторного агрегата.
3. Определение выходных показателей двигателя, трактора и агрегата в целом.
4. Определение оптимальных параметров момента инерции привода упругодемпфирующего механизма по энергетическому критерию.
При разработке математической модели агрегата приняты следующие допущения:
- движение машинно-тракторного агрегата поступательное тюямолъ-нейное;
- связь трактора с рабочей машиной полагается абсолютно жесткой;
- силы вязкого трения в элементах шины и трансмиссии пропорциональны относительным скоростям, а силы неупругого сопротивления - действующим усилиям;
- вертикальные колебания остова трактора и рабочей машины не учитываем, считая, что вертикальные колебания снижаются при снижении продольных колебаний.
Последнее допущение касающиеся вертикальных колебаний принято на основе исследований В.Г. Ярового и С.Г. Пархоменко /91/. В работе указано, что вследствие, большой инерционности культива торного машинно-тракторного агрегата интенсивность продольных колебаний резко снижается с ростом частоты воздействия. С другой стороны, резонансные частоты вертикальных колебаний тракторов типа МТЗ составляют 2...4 Гц. При приближении к этим частотам наблюдается увеличение амплитуд колебаний вертикальных ускорений.
Данные экспериментальных исследований /91/ процесса функционирования культиваторного машинно-тракторного агрегата показывают снижение интенсивности колебательных процессов при демпфировании нагрузки по сравнению с агрегатом без демпфирования (серийно выпускаемыми). При этом дисперсии скорости движения снижаются на 36%, вследствие этого вертикальные ускорения заднего моста (вертикальные колебания) снижаются на 22,5%.
Поступательно движущиеся и вращающиеся массы агрегата заменяются эквивалентными в динамическом отношении маховиками, моменты инерции которых выбираются из условия равенства кинетической энергии маховика и заменяемых им масс агрегата.
Методика лабораторных экспериментальных исследований
Объектом исследований служил тяговый машинно-тракторного агрегата в составе трактора МТЗ-80 с упругодемпфирующим механизмом, установленным в трансмиссии трактора и тяговой лаборатории ТЛ-3. Динамометри-рование трактора осуществлялось тяговой лабораторией ТЛ-3 на базе автомобиля ЗИЛ-157. Общий вид испытуемого трактора в агрегате с тяговой лабораторией представлен на рисунке 3.1.
В качестве загрузочного устройства использовался двигатель тяговой лаборатории ТЛ-3. Регулирование тягового сопротивления ТЛ-3 производилось путем подбора необходимых ступеней КПП.
Как описывалось в главе 2.3 в трансмиссию машинно-тракторного агрегата введен упругодемпфирующий механизм, конструкция которого показана на рисунке 3.2 и 3.3. Масляный насос с редуктором шестерни привода показан на рисунке 3.2. Планетарный редуктор, имеющий две степени свободы, показан на рисунке 3.3.
При подготовке трактора были проведены техническое обслуживание и регулировка основных его узлов и агрегатов. Перечень операций соответствовал техническому уходу №2.
Общий вид на пневмогидроаккумулятор, дроссель, предохранительный клапан и масляный насос так, как они расположены на раме трактора, представлен на рисунке 3.4. Расположение тягово-сцепного устройства ТЛ-3 с тяговым тензозвеном конструкции ВИСХОМ представлено на рисунке 3.5.
Компоновка путемерного колеса представлена на рисунке 3.6. Схема размещения датчиков на исследуемом агрегате представлена на рисунке 3.7 (при исследовании тягового агрегата на бетонном основании).
Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований
Корректность математической модели машинно-тракторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора и серийного агрегата определялась путём сравнения результатов испытаний реального агрегата при разгоне с результатами, полученными путём имитации его движения на математической модели, описанной в главе 2. В математическую модель закладывались все основные параметры машинотракторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора и без такового, которые соответствовали характеру испытаний натурного эксперимента.
На рисунке 4.1 - 4.7 приведены графики разгонных характеристик агрегата с УДМ и серийного агрегата полученные теоретическим и опытным путём. Сравнение этих графиков показывает то, что характер протекания процессов полученных путём имитации движения и по данным измерительной аппаратуры практически одинаков. Это говорит о корректности принятой математической модели.
Для количественной оценки соответствия теоретических и экспериментальных исследований в качестве показателей, с помощью которых определялась правомочность принятых допущений при разработке математической модели МТА, были выбраны следующие критерии: коэффициент корреляции, критерий Фишера и коэффициент Стьюдента, определяемые по следующим формулам /85/:
Коэффициент корреляции где бут - среднее квадратическое отклонение переменной величины, вычисленное теоретически, на математической модели; буэ - среднее квадратическое отклонение переменной величины, полученное опытным путем.
Ут Уэ соответственно теоретические и экспериментальные значения математических ожиданий переменной величины.
Коэффициент корреляции оценивает тесноту связи между теоретическими и экспериментальными значениями переменной величины. Степень тесноты связи оценивают согласно таблице 4.1 /26, 27/.
Сравнивая коэффициент t полученный расчетным путем с табличным значением tr, определяем значимость или не значимость расхождений между теоретическими и экспериментальными данными (при tp tT разница не значима и модель принимается).
